Insights into the structure and reaction mechanism of alkali and alkaline-earth metal amide-metal hydride composite systems for hydrogen storage

Einblicke über die Struktur und den Reaktionsmechanismus von Alkali- und Erdalkalimetallamid-Metallhydrid Komposit-Systeme zur Wasserstoffspeicherung

URN urn:nbn:de:gbv:705-opus-32013
URL
Dokumentart: Dissertation
Institut: Institut für Werkstoffkunde
Fakultät: Fakultät Maschinenbau
Hauptberichter: Univ.-Prof. Dr. Markus Bause
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 03.07.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum:
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften

Kurzfassung auf Englisch:

The in situ formation mechanism of amides by ammonolysis of the lightest alkali and alkalineearth metal hydrides is investigated. Novel information, particularly on the ammonolysis process of KH is given in detail. Furthermore, the hydrogen sorption properties, reaction mechanisms and phase evolution of the K-Mg-N-H system are studied in situ. The desorption temperature and reaction pathways of the composite systems KNH2 +MgH2, KH+Mg(NH2)2 are analysed and compared underlining differences in their thermodynamic and kinetic properties. As a consequence, the KNH2-KH composite system is systematically explored in the entire compositional range, in order to isolate and characterize the novel intermediates evidenced during the ammonolysis of KH and during the desorption process of K–Mg–N–H based systems. The investigation is enlarged to include the Rb-N-H and Rb-Mg-N-H systems, providing novel structural analogies which are discussed in detail. The insights presented in this work expand the knowledge about the crystal chemistry of metal amides, thus helping to improve the understanding of the role of K- and Rb-based additives on the hydrogen desorption/absorption properties of the Li-Mg-N-H system.

Kurzfassung auf Deutsch:

In dieser Arbeit wurde die Bildung von Amiden durch Ammonolyse der leichtesten Alkaliund Erdalkalimetallhydride untersucht. Neue Erkenntnisse, insbesondere über den Ammonolyseprozess von KH, werden im Detail gegeben. Darüber hinaus wurden die Wasserstoffsorptionseigenschaften, Reaktionsmechanismen und Phasenentwicklungen des K-Mg-NH-Systems in situ untersucht. Sowohl die Desorptionstemperatur als auch die Reaktionswege der Komposite Systeme KNH2 + MgH2, KH + Mg(NH2)2 wurden analysiert und verglichen, wobei merkliche Unterschiede in ihren thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften gefunden wurden. Das KNH2-KH-Komposit wurde systematisch im gesamten Zusammensetzungsbereich untersucht, um die neuen Übergangphasen, die während der Ammonolyse von KH und des Desorptionsprozesses von K-Mg-N-H basierenden Systemen nachgewiesen werden konnten, zu isolieren und zu charakterisieren. Um zu studieren, in wieweit die gefunden Ergebnisse auch auf andere Systeme übertragbar sind, wurden zudem Rb-N-H- und Rb-Mg-N-H-Systeme und die entsprechendne Umwandlungen in diesen erforscht. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse erweitern das Wissen über die Kristallchemie von Metallamiden und tragen somit dazu bei, die Bedeutung von K und Rb-basierten Additiven für die Desorption- und Absorptionseigenschaften von Wasserstoff des Li-Mg-N-H-Systems besser zu verstehen.

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